Dynamin 在突觸傳遞中的作用及其與疾病的關系

付新維綜述，肖 爭審校

（重慶醫科大學附屬第一醫院神經內科，重慶400016）

Dynamin 在突觸傳遞中的作用及其與疾病的關系

付新維綜述，肖 爭審校

（重慶醫科大學附屬第一醫院神經內科，重慶400016）

動力蛋白質； 突觸傳遞； 突觸囊泡蛋白； 阿爾茨海默病； 肝腫瘤； Sezary綜合征； 綜述

神經傳遞依賴于通過局部質膜循環而持續供給突觸囊泡循環[1]，突觸囊泡在胞吐后進行的內吞對中樞神經元神經傳遞的維持十分重要[2]。而一個內吞囊泡的形成需要從細胞質中回收各種蛋白質，這些蛋白能調控質膜使其向內彎曲形成一個很深的內陷的芽，隨后促進芽與質膜分裂。在整個內吞過程中，囊泡膜要經過剪切才能形成游離囊泡，該過程需要鳥苷三磷酸（GTP）水解提供能量。Dynamin作為一種GTP水解酶能調節質膜內陷，水解GTP供能，促使囊泡從突觸前膜分離完成剪切過程，以完成囊泡的內吞[3]。若Dynamin功能發生異常，內吞等其他相關的生理功能也會失衡，最終將導致疾病的發生。本文將對Dynamin的功能及不同Dynamin亞型與疾病的關系作一綜述。

1 Dynamin簡述

Dynamin最初是作為一種微管相關蛋白從小牛大腦中分離出來的[4]，其在內吞中的作用是在后來的黑腹果蠅shibire基因研究中才被證實。在非許可溫度下，shibire果蠅的神經末梢缺乏突觸囊泡，并有網格蛋白小窩在突觸前膜上積累[3]。這一發現使人推測，Dynamin對網格蛋白包被小泡在質膜上的形成過程至關重要[5]。

目前研究證實，Dynamin存在5個結構域：氨基末端GTP水解域（G域）、中間或“莖”結構域、普列克底物蛋白同源結構域（PH域）、GTP水解酶效應區域（GED域）、羧基末端富含脯氨酸結構域（PRD域）[6]。其中G域是Dynamin家族中高度保守的區域。與小GTP結合蛋白相比，Dynamin具有較低的GTP親和力（10～100 μM）和高效GTP水解酶活性（1～20 min-1）。一旦Dynamin綁定到相應的作用位點，其他內吞相關因子就會觸發該區域強大的GTP水解作用，導致囊泡形成和Dynamin到細胞質的再分配[5]。中間結構域在Dynamin形成二聚體的過程中起連接作用，并且使二聚體中2個GTP水解酶結構域處于交叉相反的狀態[7]，這可能是Dynamin參與囊泡剪切過程中發揮作用的特殊構象。PH域來源于普列克底物蛋白，其在質膜上通過其自身的正電荷表面與帶負電荷的磷脂、特別是磷脂酰肌醇4，5-二磷酸結合。當PH域發生寡聚體化時，其脂質結合能力顯著增強[8]。GED域如同其名字一樣，能直接與Dynamin的G域相互作用，對其GTP水解活性起正向調節作用。向未組裝的Dynamin中添加獨立的GED片段，可刺激其GTP水解酶活性增加50倍[9]；PRD域包含許多SH3結合位點，這些位點均有一段PXXP序列（X可代表任何一種氨基酸）。在內吞過程中，PXXP序列與許多包含SH3結構域的內吞相關蛋白相互作用，并將Dynamin錨定在內吞位點。

哺乳動物的基因組中存在 3種 Dynamin基因[6]。Dynamin 1在腦、神經元突觸連接部位及神經內分泌細胞中選擇性地高水平表達[1]，其含有8個剪接變體[6]，已被定位在人類染色體的9q34基因上。Dynamin 2在全身廣泛表達[1]，含有 4個剪接變體[6]。Dynamin 3主要在睪丸和腦（其表達水平較Dynamin 1低很多）內表達，但在其他組織中也有發現，比如肺臟[10]，Dynamin 3含有13個剪接變體[6]。盡管這3種Dynamin亞型聯系緊密，在總體上有80%的同源性，但不同的Dynamin亞型存在著不同的剪接變體，這可能是其表達和功能存在差異性的原因[6]。

2 Dynamin與疾病

鑒于Dynamin在介導突觸囊泡內吞過程中的特殊功能，越來越多的學者開始對其與疾病的聯系進行研究，并發現Dynamin的異常功能在基因遺傳疾病中可能具有重要作用。

2.1 Dynamin 1與癲癇 Dynamin 1基因突變可導致小鼠癲癇發生和聽力損傷[11]，這種發生在Dynamin 1中間結構域可變剪接區的錯義突變（Ala408Tyr），可能影響了Dynamin 1的寡聚化[3]。用這些有錯義突變的老鼠的神經元做電生理記錄發現，在持續刺激后γ-氨基丁酸（GABA）能神經傳導有一定缺陷[11]，這與Dynamin 1敲除小鼠細胞表現的缺陷相似[1]。在難治性顳葉癲癇大鼠急性期及慢性期的腦組織中，磷酸化Dynamin 1蛋白表達較同時期對照組顯著降低[12]。另一個研究也發現，無論病程長短，Dynamin 1均存在于耐藥性癲癇患者和癲癇動物模型的顳葉皮質中，與對照組相比，其mRNA、蛋白質的表達顯著增高，而Dynamin 1特異性抑制劑dynasore能明顯減少模型鼠癲癇發作及癲癇腦片中的癇樣放電[13]。綜上，不影響生活的Dynamin功能微缺陷可增加癲癇發作易感性，Dynamin應被視為人類癲癇特發病因的候選基因[3]。

2.2 Dynamin 1與阿爾茨海默病（AD） 近年來發現，Dynamin 1在AD患者額上回腦組織中的RNA和蛋白質水平均較健康人降低。細胞外淀粉樣蛋白（Aβ）堆積形成的老年斑是AD主要的病理改變，而體外培養的海馬神經元在受到Aβ刺激后，會引起Dynamin 1蛋白水平的下降，尤其是受到寡聚體形式的Aβ刺激后，Dynamin 1的下降更為明顯。盡管在AD模型鼠中均得到了Dynamin 1在蛋白水平下降的結果[14]，但是在mRNA水平下降程度并未與蛋白水平表現一致，提示可能動物模型與人的AD發病機制并不完全一致。

2.3 Dynamin 2與組織特異疾病 進行性神經性腓骨肌萎縮（CMT）是一種以四肢肌無力和神經軸突傳導受損為特征的周圍神經病變[15]。中央核性肌病（CNM）是一組以進行性肌萎縮為表現的先天性肌病[16]，分為成年發病的輕微型和新生兒發病的嚴重型。在這2種常染色體顯性遺傳疾病患者體內確定了Dynamin 2中間結構域、PH域、莖區存在多個錯義突變或刪除[15-16]。其中輕微型CNM的發病原因之一就是Dynamin2的突變[17]。Dynamin2的突變增加了基因毒性，進而可能導致疾病的遺傳[3]。

Dynamin 2突變是如何導致系統功能紊亂的機制尚不清楚。但有趣的是，CMT患者體內Dynamin 2的PH域上的突變更多地發生在氨基末端，而CNM患者Dynamin 2的PH域上的突變則更多地定位在羧基末端[18]。

2.4 Dynamin 2與AD 有研究發現，Dynamin 2基因內含子1和3非編碼區的單核苷酸多態性與遲發型AD顯著相關，說明Dynamin 2可能也是引起遲發型AD的因素之一[19]。有研究認為，Dynamin 2的下降引起了淀粉樣前體蛋白在細胞膜的聚集，在脂伐（lipid raft）或早老素1的作用下，導致Aβ分泌增加。提示Dynamin 2與Aβ的異常代謝有關。同時，該研究還在82例AD患者外周血白細胞中發現，Dynamin 2的mRNA水平與11例對照患者相比顯著下降[20]，這為Dynamin 2作為AD篩查的生物學指標帶來可能性。

2.5 Dynamin 3與肝細胞肝癌（HCC） HCC是世界上第六大常見腫瘤和第三大癌癥死亡原因[21]。通過對HCC患者組織進行甲基化分析得出，與鄰近的正常組織相比，腫瘤組織的Dynamin 3呈現高甲基化狀態。而腫瘤組織中的Dynamin 3表達水平有所降低，并且與無Dynamin 3表達下調的患者相比，腫瘤組織中Dynamin 3降低的患者預后較差，疾病特殊存活率降低。這一研究結果提示，Dynamin 3可能是HCC的一種抑癌基因參與HCC的發生發展[22]。

2.6 Dynamin 3與Sezary綜合征 皮膚T細胞淋巴瘤中有2個經典分型：蕈樣肉芽腫（MF）和Sezary綜合征。與MF相比，Sezary綜合征具有更強的侵襲性。皮膚T細胞淋巴瘤患者的存活率與疾病累計的血液、皮膚、淋巴結、內臟器官有關[23]。有研究對Sezary綜合征患者外周血單個細胞進行了基因芯片差異性分析，發現包括Dynamin 3在內的7種基因具有顯著差異，而且Sezary綜合征相關的轉錄因子c-myb可調控Dynamin 3的表達。而對Sezary綜合征患者和MF患者的研究中得出，Dynamin 3只在Sezary綜合征患者的外周血和皮膚標本中存在上調。提示Dynamin 3與Sezary綜合征存在密切關聯，其表達情況可能影響Sezary綜合征患者的存活率，而Dynamin 3也有望成為Sezary綜合征早期診斷的新指標[24]。

3 小結與展望

目前，Dynamin的功能在體內和體外已被廣泛研究，為揭示Dynamin在細胞生理事件比如內吞中的作用提供了強有力的見解。首先，Dynamin的5個結構域的基本功能已經大致顯露，其寡聚體化后的結構及功能狀態也有所闡述。但Dynamin的不同亞型參與囊泡內吞的具體分子機制等仍然是幾十年來懸而不決的問題。其次，Dynamin不同亞型與人類各種疾病之間也存在著不可忽視的聯系。作者相信，隨著認識的深入和科技的發展，Dynamin的5個結構域在突觸傳遞中的相互聯系，不同亞型參與囊泡內吞及其在疾病中所扮演的角色將一一得到解析。

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2015-07-29）

國家自然科學基金資助項目（81471320）。

付新維（1989-），女，四川安岳人，碩士研究生，主要從事癲癇的研究；E-mail：570538321@qq.com。

肖爭（E-mail：xiaozhenghf@126.com）。

10.3969/j.issn.1009-5519.2015.22.014

A

1009-5519（2015）22-3402-03